Procédé et conception des paramètres du système d'aquaculture en circuit fermé (RAS) industrialisé terrestre (Partie 2)

Système d'aquaculture en circuit fermé (RAS) Principes de conception du procédé

Contrairement à l'aquaculture traditionnelle à flux continu, Système d'aquaculture en circuit fermé (RAS) réalise la réutilisation de l'eau grâce à des technologies et équipements de traitement avancés. Tous les composants doivent fonctionner dans un flux de travail scientifiquement séquencé pour garantir l'efficacité. Les principes de conception clés incluent :

1. Traitement Séquentiel : Solides → Liquides → Gaz

L'échec de la suppression des particules solides en premier compromettra les étapes suivantes. Par exemple, les supports de biofiltres recouverts de particules empêchent les bactéries nitrifiantes de convertir l'azote ammoniaque, dégradant ainsi la qualité de l'eau. L'excès de matière organique provenant des particules peut également surcharger les biofiltres.

Séquence de Traitement :
1. Élimination des Particules Solides

• Élimination des Contaminants Dissouts
• Dépouillement du CO₂
• Désinfection
• Oxygénation et Contrôle de la Température

2. Traitement des Déchets Solides par Taille de Particule

dans le Système d'aquaculture en circuit fermé (RAS) Dans le système, la matière particulée solide provient principalement des excréments des organismes d'aquaculture et des aliments non consommés. Le traitement des déchets solides peut adopter différentes méthodes de traitement selon la taille des particules, de grandes à petites.

Pour les particules plus grandes avec une taille de particule supérieure à 100 microns (principalement fiente de poisson et appât résiduel), ces particules sont sédimenables. Pour éviter d'augmenter la charge des processus ultérieurs après leur rupture dans le système, un procédé de précipitation peut être adopté. Le décanteur à flux vertical est un dispositif qui utilise la séparation par gravité pour éliminer les particules sédimenables. Grâce au processus de décantation à flux vertical, 60 % - 70 % des particules solides sont retirées.

Après un prétraitement par un décanteur à flux vertical, la plupart des particules sédimenables ont été éliminées, et la majorité restante correspond aux particules solides en suspension comprises entre 30-100 microns. Cette partie des particules peut être filtrée physiquement à l'aide d'un microfiltre.

Après avoir été filtré par un microfiltre, les particules restantes sont de petites particules en suspension inférieures à 30 microns et certaines matières organiques solubles. Les particules dans cette partie sont principalement séparées par la mousse via le séparateur de protéines. La séparation par mousse est une méthode courante qui peut éliminer les particules en suspension microscopiques, les matières organiques solubles, et a certaines fonctions d'augmentation d'oxygène et de suppression de dioxyde de carbone. .

3. Filtration Séquentielle Avant Désinfection

3.1 Impact des Matières Solides En Suspension sur la Désinfection UV

Les particules en suspension dans l'eau peuvent disperser et absorber les rayonnements ultraviolets. Cet effet d'absorption et de diffusion peut entraîner la consommation d'énergie ultraviolette lors de la propagation, réduisant davantage l'intensité et l'effet bactéricide des rayonnements ultraviolets. Une étude a relevé une corrélation entre le contenu en matières en suspension et la survie des coliformes fécaux dans les eaux usées exposées aux rayonnements ultraviolets. Les bactéries avec des particules attachées à leur surface sont protégées par les particules en suspension, par conséquent, la désinfection ultraviolette ne peut réduire leur capacité de survie que de 3 à 4 unités logarithmiques.

Les matières particulières en suspension peuvent limiter la profondeur de pénétration des rayons ultraviolets dans l'eau. Dans une eau claire, les rayonnements ultraviolets peuvent pénétrer relativement profondément dans l'eau et désinfecter celle-ci à différentes profondeurs. Cependant, lorsque des particules en suspension sont présentes dans l'eau, la capacité de pénétration des rayonnements ultraviolets est entravée.

en train de prendre un Système d'aquaculture en circuit fermé (RAS) Prenons un exemple avec un étang : en l'absence de matières particulières en suspension, les rayonnements ultraviolets peuvent être efficaces pour désinfecter les masses d'eau jusqu'à une profondeur de 0,5 à 1 mètre. Mais si la concentration de particules en suspension dans l'eau est élevée, les rayons ultraviolets ne pénètrent peut-être qu'à des profondeurs de 0,2 à 0,3 mètres, rendant difficile la désinfection complète des masses d'eau plus profondes, formant ainsi des zones aveugles de désinfection. Cela peut entraîner la croissance et la reproduction continues des micro-organismes dans ces zones insuffisamment désinfectées, affectant ainsi la qualité de l'eau dans son ensemble. Système d'aquaculture en circuit fermé (RAS) système.

En l'absence d'interférence de la matière particulée en suspension, un certain niveau de dose de rayonnement ultraviolet (comme 10-20 mJ/cm²) peut tuer efficacement les micro-organismes. Mais s'il y a une grande quantité de particules en suspension dans l'eau, l'intensité ultraviolette pourrait n'être que de 50 % à 70 % de l'originale. Pour obtenir le même effet de désinfection, il est nécessaire d'allonger le temps d'exposition aux UV ou d'augmenter la puissance de la lampe UV. Sinon, certains micro-organismes pourraient ne pas être complètement éliminés, ce qui entraînerait une désinfection incomplète et augmenterait le risque d'infection pour les organismes d'aquaculture.

3.2 Impact des matières en suspension sur la désinfection par ozone

La matière particulaire en suspension adsorbera l'ozone dans l'eau. En raison de la grande surface spécifique des particules en suspension, les molécules d'ozone s'attachent facilement à leurs surfaces. Par exemple, des particules en suspension telles que les résidus d'alimentation, les particules fécales et les agrégats microbiens possèdent de nombreux sites actifs sur leurs surfaces capables d'adsorber physiquement l'ozone. Cela rend difficile pour l'ozone de venir efficacement en contact avec les pathogènes (comme les bactéries, virus, champignons, etc.) présents dans l'eau après s'être lié aux matières particulières en suspension, réduisant ainsi l'efficacité de la désinfection. C'est comme si la "balle" de désinfection (l'ozone) était interceptée par un "obstacle" (les particules en suspension) au milieu du chemin.

Les composants organiques des matières particulières en suspension concourent avec les pathogènes pour l'ozone. De nombreuses particules en suspension contiennent de la matière organique, comme des protéines incomplètement digérées, des sucres, etc. Ces composés organiques, comme les pathogènes, peuvent subir des réactions d'oxydation avec l'ozone. Lorsqu'il y a trop de particules en suspension dans l'eau, l'ozone réagira préférentiellement avec ces substances organiques, consommant une grande quantité d'ozone et réduisant la quantité d'ozone utilisée pour la désinfection des pathogènes. Par exemple, dans un Système d'aquaculture en circuit fermé (RAS) système contenant de fortes concentrations de matières particulières en suspension, l'ozone pourrait d'abord consacrer la majeure partie de son énergie à oxyder la matière organique à la surface des particules, tandis qu'une petite quantité d'ozone seulement peut être utilisée pour tuer les micro-organismes nocifs présents dans l'eau.

3.3 Avantages de la filtration avant la désinfection

Après la filtration physique (retrait des solides en suspension), la filtration biologique (retrait des substances nocives solubles) et la filtration gazeuse (retrait du dioxyde de carbone), l'eau d'aquaculture est devenue très claire. À ce moment-là, que l'on utilise une désinfection par ultraviolets ou une désinfection à l'ozone, l'effet sera très bon.

4. Conception des paramètres de circulation de l'eau

Le cœur de Système d'aquaculture en circuit fermé (RAS) est le cycle de l'eau. Alors, comment faire circuler l'eau ? La pompe de circulation est le cœur du système, et son rôle est similaire au cœur humain. Le filtre biologique est le point le plus haut du système de circulation, où l'eau s'écoule vers divers bassins d'aquaculture grâce à la pression atmosphérique naturelle, puis entre dans le bassin de la pompe. La pompe de circulation fait ensuite monter l'eau depuis le bassin de la pompe vers le biofiltre, réalisant ainsi la circulation de l'eau.

La pompe de circulation est si importante qu'elle doit être conçue avec un modèle principal et un de rechange. En cas de dysfonctionnement de la pompe principale, la pompe de secours peut être activée à temps pour éviter les accidents de reproduction.

Conception du taux de circulation

Le taux de circulation de Système d'aquaculture en circuit fermé (RAS)  est très important. Un débit de circulation approprié peut garantir une qualité d'eau uniforme dans l'étang d'aquaculture. Grâce à la circulation, l'oxygène dissous, les nutriments et la température peuvent être répartis de manière homogène dans tout le volume d'eau, évitant ainsi une dégradation locale de la qualité de l'eau. Le plus important est de favoriser l'élimination des particules en suspension grâce à la circulation de l'eau. L'écoulement de l'eau circulante peut transporter les particules en suspension vers l'équipement de filtration pour traitement. Un débit de circulation adéquat peut améliorer l'efficacité de retrait des particules en suspension et prévenir leur accumulation excessive dans les étangs d'aquaculture. Par conséquent, la vitesse de circulation détermine le niveau de particules en suspension.

Le calcul du taux de circulation nécessite d'abord de déterminer la quantité d'alimentation en fonction de la capacité biologique maximale, puis de calculer la quantité de matières particulières en suspension produites par heure en fonction de cette alimentation. Ensuite, en se basant sur la valeur cible de TSS conçue pour l'eau circulante du bassin et sur la capacité de traitement de chaque équipement, calculez le taux de circulation.

En résumé, le calcul du taux de cycle est relativement complexe. À partir de valeurs empiriques, il peut être utilisé comme une valeur de référence simple pour un cycle toutes les 1 heures. En prenant l'exemple de l'élevage de perches dans un volume d'eau circulante de 1000 mètres cubes, la fréquence de cycle est fixée à un cycle de 2 heures. Par conséquent, le taux de cycle horaire est de 1000/2 = 500 tonnes/heure .

Conception à flux variable

La pompe de circulation est l'équipement qui consomme le plus d'énergie dans les systèmes d'aquaculture en eau circulante. Si la pompe de circulation est maintenue en état de circulation à haute vitesse, elle éliminera rapidement les déchets de l'eau d'aquaculture du bassin, mais la consommation d'énergie sera trop élevée. Si la pompe de circulation fonctionne à faible vitesse, bien que la consommation d'énergie soit faible, le taux de retrait des déchets de l'eau d'aquaculture du bassin est lent. En installant des convertisseurs de fréquence et des terminaux de contrôle intelligent, la technologie de débit variable peut ajuster automatiquement les paramètres du cycle d'eau circulante selon les différentes étapes d'élevage et les paramètres de qualité de l'eau grâce à des algorithmes, permettant ainsi une circulation à débit variable.

Schéma de référence